JP2009111049A - Nonvolatile semiconductor storage device and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonvolatile semiconductor storage device which is highly integrated at a low cost and which controls a deterioration in reliability, and its manufacturing method. <P>SOLUTION: A nonvolatile semiconductor storage device 100 has a plurality of memory strings MS in which a plurality of electrically rewritable memory cells are connected in series. The memory string MS comprises a memory pillar-shaped semiconductor layer 34 extending in a direction vertical to a semiconductor substrate Ba, a charge accumulation layer 36 which is formed via an air gap 35 from the memory pillar-shaped semiconductor layer 34 and accumulates charges, a block insulating layer 37 in contact with the charge accumulation layer 36, a plurality of first-fourth word line conductive layers 32a-32d in contact with the block insulating layer 37. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、電気的にデータの書き換えが可能な半導体記憶装置に関し、半導体記憶装置の中でも、特に、不揮発性半導体記憶装置、及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor memory device capable of electrically rewriting data, and more particularly to a nonvolatile semiconductor memory device and a method for manufacturing the same among semiconductor memory devices.

従来、シリコン基板上の2次元平面内に素子を集積して、LSIが形成されてきた。メモリの記憶容量を増加させるには、一素子の寸法を小さくする(微細化する)しかないが、近年その微細化もコスト的、技術的に困難なものになってきた。微細化のためにはフォトリソグラフィの技術向上が必要であるが、例えば、現在のArF液浸露光技術では40nm付近のルールが解像限界となっており、更なる微細化のためにはEUV露光機の導入が必要である。しかし、EUV露光機はコスト高であり、コストを考えた場合には現実的ではない。また、仮に微細化が達成されたとしても、駆動電圧などがスケーリングされない限り、素子間の耐圧など物理的な限界点を迎える事が予想される。つまり、デバイスとしての動作が困難になる可能性が高い。   Conventionally, LSIs have been formed by integrating elements in a two-dimensional plane on a silicon substrate. In order to increase the storage capacity of the memory, the size of one element can only be reduced (miniaturized). However, in recent years, the miniaturization has become difficult in terms of cost and technology. For miniaturization, photolithography technology needs to be improved. For example, in the current ArF immersion exposure technology, the rule near 40 nm is the resolution limit, and for further miniaturization, EUV exposure is required. It is necessary to introduce a machine. However, the EUV exposure apparatus is expensive, and it is not realistic when considering the cost. Even if miniaturization is achieved, it is expected that physical limits such as breakdown voltage between elements will be reached unless the drive voltage is scaled. That is, there is a high possibility that operation as a device is difficult.

そこで、近年、メモリの集積度を高めるために、メモリセルを3次元的に配置した半導体記憶装置が多数提案されている(特許文献1乃至3参照)。   In recent years, therefore, many semiconductor memory devices in which memory cells are arranged three-dimensionally have been proposed in order to increase the degree of memory integration (see Patent Documents 1 to 3).

メモリセルを3次元的に配置した従来の半導体記憶装置の一つに、SGT(円柱型)構造のトランジスタを用いた半導体記憶装置がある(特許文献1乃至3)。SGT(円柱型)構造のトランジスタを用いた半導体記憶装置においては、ゲート電極となる多層のポリシリコン、及びピラー状の柱状半導体が設けられる。柱状半導体は、トランジスタのチャネル(ボディ)部として機能する。柱状半導体の周りには、トンネル絶縁層を介して設けられ且つ電荷を蓄積する複数の電荷蓄積層が設けられている。さらに、電荷蓄積層の周りにはブロック絶縁層が形成されている。これらポリシリコン、柱状半導体、トンネル絶縁層、電荷蓄積層、及びブロック絶縁層を含む構成は、メモリストリングスと呼ばれる。   As one of conventional semiconductor memory devices in which memory cells are arranged three-dimensionally, there is a semiconductor memory device using an SGT (columnar) transistor (Patent Documents 1 to 3). In a semiconductor memory device using a transistor having an SGT (columnar) structure, a multi-layered polysilicon serving as a gate electrode and a pillar-shaped columnar semiconductor are provided. The columnar semiconductor functions as a channel (body) portion of the transistor. Around the columnar semiconductor, there are provided a plurality of charge storage layers that are provided via a tunnel insulating layer and store charges. Further, a block insulating layer is formed around the charge storage layer. A configuration including these polysilicon, columnar semiconductor, tunnel insulating layer, charge storage layer, and block insulating layer is called a memory string.

上記従来技術においては、先ず、柱状半導体を形成し、その周りにトンネル絶縁層、電荷蓄積層、ブロック絶縁層、ゲート電極を順次形成する。しかし、このような形成方法は、その製造工程数が多く、煩雑である。
特開2003−078044号 米国特許第5599724号 米国特許第5707885号
In the prior art, first, a columnar semiconductor is formed, and a tunnel insulating layer, a charge storage layer, a block insulating layer, and a gate electrode are sequentially formed around the columnar semiconductor. However, such a forming method has many manufacturing steps and is complicated.
JP 2003-078044 US Pat. No. 5,599,724 US Pat. No. 5,707,885

本発明は、安価に高集積化された且つ信頼性の低下を抑制した不揮発性半導体記憶装置、及びその製造方法を提供する。   The present invention provides a nonvolatile semiconductor memory device that is highly integrated at low cost and suppresses a decrease in reliability, and a method for manufacturing the same.

本発明の一態様に係る不揮発性半導体記憶装置は、電気的に書き換え可能な複数のメモリセルが直列に接続された複数のメモリストリングスを有する不揮発性半導体記憶装置であって、前記メモリストリングスは、基板に対して垂直方向に延びる第1の柱状半導体層と、当該第1の柱状半導体層から空隙を介して形成され且つ電荷を蓄積する電荷蓄積層と、当該電荷蓄積層に接するブロック絶縁層と、当該ブロック絶縁層と接する複数の第1の導電層とを備えることを特徴とする。   A nonvolatile semiconductor memory device according to one embodiment of the present invention is a nonvolatile semiconductor memory device including a plurality of memory strings in which a plurality of electrically rewritable memory cells are connected in series. A first columnar semiconductor layer extending in a direction perpendicular to the substrate; a charge accumulation layer formed from the first columnar semiconductor layer through a gap and accumulating charges; and a block insulating layer in contact with the charge accumulation layer; And a plurality of first conductive layers in contact with the block insulating layer.

また、本発明の一態様に係る不揮発性半導体記憶装置は、電気的に書き換え可能な複数のメモリセルが直列に接続された複数のメモリストリングスを有する不揮発性半導体記憶装置であって、前記メモリストリングスは、基板に対して垂直方向に延びる第1の柱状半導体層と、当該第1の柱状半導体層に接するトンネル絶縁層と、当該トンネル絶縁層に接し且つ電荷を蓄積する電荷蓄積層と、当該電荷蓄積層に接するブロック絶縁層と、当該ブロック絶縁層と接する複数の第1の導電層とを備え、前記トンネル絶縁層は、空隙又はシームを有することを特徴とする。   The nonvolatile semiconductor memory device according to one embodiment of the present invention is a nonvolatile semiconductor memory device including a plurality of memory strings in which a plurality of electrically rewritable memory cells are connected in series. Includes a first columnar semiconductor layer extending in a direction perpendicular to the substrate, a tunnel insulating layer in contact with the first columnar semiconductor layer, a charge storage layer in contact with the tunnel insulating layer and storing charges, and the charge The tunnel insulating layer includes a block insulating layer in contact with the storage layer and a plurality of first conductive layers in contact with the block insulating layer, and the tunnel insulating layer has a gap or a seam.

また、本発明の一態様に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法は、電気的に書き換え可能な複数のメモリセルが直列に接続された複数のメモリストリングスを有する不揮発性半導体記憶装置の製造方法であって、層間絶縁層と導電体層とを交互に積層する工程と、前記層間絶縁層と導電体層とを貫通させてホールを形成する工程と、前記ホールの側面から順次、第1絶縁層、電荷蓄積層、犠牲層、及び柱状半導体層を形成する工程と、前記犠牲層を除去して前記柱状半導体層と前記電荷蓄積層との間に空隙を形成する工程とを備えることを特徴とする。   A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to one embodiment of the present invention is a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device having a plurality of memory strings in which a plurality of electrically rewritable memory cells are connected in series. A step of alternately laminating an interlayer insulating layer and a conductor layer; a step of forming a hole through the interlayer insulating layer and the conductor layer; and a first insulating layer sequentially from a side surface of the hole And a step of forming a charge storage layer, a sacrificial layer, and a columnar semiconductor layer, and a step of removing the sacrificial layer to form a gap between the columnar semiconductor layer and the charge storage layer. To do.

本発明は、安価に高集積化された且つ信頼性の低下を抑制した不揮発性半導体記憶装置、及びその製造方法を提供することが可能となる。   The present invention can provide a nonvolatile semiconductor memory device that is highly integrated at low cost and suppresses a decrease in reliability, and a manufacturing method thereof.

以下、図面を参照して、本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の一実施形態について説明する。   Hereinafter, an embodiment of a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention will be described with reference to the drawings.

[第1実施形態]
(第1実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置100の構成)
図1は、本発明の第1実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置100の概略図を示す。図1に示すように、第1実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置100は、主として、メモリトランジスタ領域12、ワード線駆動回路13、ソース側選択ゲート線(SGS)駆動回路14、ドレイン側選択ゲート線(SGD)駆動回路15、センスアンプ16を有する。メモリトランジスタ領域12は、データを記憶するメモリトランジスタを有する。ワード線駆動回路13は、ワード線WLにかける電圧を制御する。ソース側選択ゲート線(SGS)駆動回路14は、ソース側選択ゲート線SGSにかける電圧を制御する。ドレイン側選択ゲート線(SGD)駆動回路15は、ドレイン側選択ゲート線(SGD)にかける電圧を制御する。センスアンプ16は、メモリトランジスタから読み出した電位を増幅する。なお、上記の他、第1実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置100は、ビット線BLにかける電圧を制御するビット線駆動回路、ソース線SLにかける電圧を制御するソース線駆動回路を有する(図示略)。
[First Embodiment]
(Configuration of Nonvolatile Semiconductor Memory Device 100 according to First Embodiment)
FIG. 1 is a schematic view of a nonvolatile semiconductor memory device 100 according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the nonvolatile semiconductor memory device 100 according to the first embodiment mainly includes a memory transistor region 12, a word line driving circuit 13, a source side selection gate line (SGS) driving circuit 14, and a drain side selection gate. A line (SGD) driving circuit 15 and a sense amplifier 16 are included. The memory transistor region 12 includes a memory transistor that stores data. The word line driving circuit 13 controls the voltage applied to the word line WL. The source side select gate line (SGS) drive circuit 14 controls the voltage applied to the source side select gate line SGS. The drain side select gate line (SGD) drive circuit 15 controls the voltage applied to the drain side select gate line (SGD). The sense amplifier 16 amplifies the potential read from the memory transistor. In addition to the above, the nonvolatile semiconductor memory device 100 according to the first embodiment includes a bit line driving circuit that controls a voltage applied to the bit line BL and a source line driving circuit that controls a voltage applied to the source line SL ( (Not shown).

また、図1に示すように、第1実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置100においては、メモリトランジスタ領域12を構成するメモリトランジスタは、半導体層を複数積層することによって形成されている。また、図1に示すとおり各層のワード線WLは、ある領域で2次元的に広がっている。各層のワード線WLは、それぞれ同一層からなる平面構造を有しており、板状の平面構造となっている。   As shown in FIG. 1, in the nonvolatile semiconductor memory device 100 according to the first embodiment, the memory transistors constituting the memory transistor region 12 are formed by stacking a plurality of semiconductor layers. In addition, as shown in FIG. 1, the word lines WL in each layer extend two-dimensionally in a certain region. The word lines WL in each layer have a planar structure composed of the same layer, and have a plate-like planar structure.

図2は、第1実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置100のメモリトランジスタ領域12の一部の概略構成図である。第1実施形態においては、メモリトランジスタ領域12は、メモリトランジスタ(MTr1mn〜MTr4mn)、ソース側選択トランジスタSSTrmn及びドレイン側選択トランジスタSDTrmnからなるメモリストリングスMSをm×n個(m、nは自然数)を有している。図2においては、m=3、n=4の一例を示している。   FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a part of the memory transistor region 12 of the nonvolatile semiconductor memory device 100 according to the first embodiment. In the first embodiment, the memory transistor region 12 includes m × n memory strings MS (m and n are natural numbers) including memory transistors (MTr1mn to MTr4mn), a source side selection transistor SSTrmn, and a drain side selection transistor SDTrmn. Have. FIG. 2 shows an example of m = 3 and n = 4.

各メモリストリングスMSのメモリトランジスタ(MTr1mn〜MTr4mn)のゲートに接続されているワード線(WL1〜WL4)は、それぞれ同一の導電膜によって形成されており、それぞれ共通である。即ち、各メモリストリングスMSのメモリトランジスタMTr1mnのゲートの全てがワード線WL1に接続されている。また、各メモリストリングスMSのメモリトランジスタMTr2mnのゲートの全てがワード線WL2に接続されている。また、各メモリストリングスMSのメモリトランジスタMTr3mnのゲートの全てがワード線WL3に接続されている。また、各メモリストリングスMSのメモリトランジスタMTr4mnのゲートの全てがワード線WL4に接続されている。第1実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置100においては、図1及び図2に示すように、ワード線(WL1〜WL4)は、それぞれ、2次元的に広がっており、板状の平面構造を有している。また、ワード線(WL1〜WL4)は、それぞれ、メモリストリングスMSに略垂直に配置されている。   The word lines (WL1 to WL4) connected to the gates of the memory transistors (MTr1mn to MTr4mn) of each memory string MS are formed of the same conductive film and are common to each other. That is, all the gates of the memory transistors MTr1mn of each memory string MS are connected to the word line WL1. Further, all the gates of the memory transistors MTr2mn of each memory string MS are connected to the word line WL2. Further, all the gates of the memory transistors MTr3mn of each memory string MS are connected to the word line WL3. Further, all the gates of the memory transistors MTr4mn of each memory string MS are connected to the word line WL4. In the nonvolatile semiconductor memory device 100 according to the first embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the word lines (WL1 to WL4) are two-dimensionally spread, and have a plate-like planar structure. Have. Further, the word lines (WL1 to WL4) are respectively disposed substantially perpendicular to the memory strings MS.

各メモリストリングスMSは、半導体基板BaのP−well領域Ba1に形成されたn+領域の上に柱状の柱状半導体CLmn(図2に示す場合、m=1〜3、n=1〜4)を有している。各柱状半導体CLmnは、半導体基板Baから垂直方向に形成されており、半導体基板Ba及びワード線(WL1〜WL4)の面上においてマトリクス状になるように配置されている。つまり、メモリストリングスMSも、柱状半導体CLmnに垂直な面内にマトリクス状に配置されている。なお、この柱状半導体CLmnは、円柱状であっても、角柱状であってもよい。また、柱状半導体CLmnとは、段々形状を有する柱状の半導体を含む。   Each memory string MS has a columnar columnar semiconductor CLmn (in the case of FIG. 2, m = 1 to 3, n = 1 to 4) on an n + region formed in the P-well region Ba1 of the semiconductor substrate Ba. is doing. Each columnar semiconductor CLmn is formed in the vertical direction from the semiconductor substrate Ba, and is arranged in a matrix on the surface of the semiconductor substrate Ba and the word lines (WL1 to WL4). That is, the memory strings MS are also arranged in a matrix in a plane perpendicular to the columnar semiconductor CLmn. The columnar semiconductor CLmn may be cylindrical or prismatic. The columnar semiconductor CLmn includes a columnar semiconductor having a stepped shape.

また、図2に示すように、メモリストリングスMSの上方には、柱状半導体CLmnと絶縁膜(図示せず)を介し接してドレイン側選択トランジスタSDTrmnを構成する矩形板状のドレイン側選択ゲート線SGD(図2に示す場合、SGD1〜SGD4)が設けられている。各ドレイン側選択ゲート線SGDは、互いに絶縁分離され、ワード線WL1〜WL4とは異なり、半導体基板Baに平行にストライプ状に形成されている。また、ドレイン側選択ゲート線SGDの幅方向の中心には、その中心を貫通して形成された柱状半導体層CLmnが設けられている。   Further, as shown in FIG. 2, a rectangular plate-shaped drain-side selection gate line SGD that forms a drain-side selection transistor SDTrmn in contact with the columnar semiconductor CLmn via an insulating film (not shown) is disposed above the memory string MS. (In the case shown in FIG. 2, SGD1 to SGD4) are provided. Each drain-side selection gate line SGD is insulated and isolated from each other, and is formed in a stripe shape parallel to the semiconductor substrate Ba, unlike the word lines WL1 to WL4. In addition, a columnar semiconductor layer CLmn formed through the center is provided at the center in the width direction of the drain side select gate line SGD.

また、図2に示すように、メモリストリングスMSの下方には、柱状半導体CLmnと絶縁膜(図示せず)を介し接してソース側選択トランジスタSSTrmnを構成するソース側選択ゲート線SGSが設けられている。ソース側選択ゲート線SGSは、ワード線WL1〜WL4と同様に2次元的に広がる平面板状の構造を有している。   As shown in FIG. 2, a source side select gate line SGS that constitutes a source side select transistor SSTrmn is provided below the memory strings MS and in contact with the columnar semiconductor CLmn via an insulating film (not shown). Yes. The source side select gate line SGS has a planar plate-like structure that spreads two-dimensionally like the word lines WL1 to WL4.

次に、図2及び図3を参照して、第1実施形態におけるメモリストリングスMSにより構成される回路構成及びその動作を説明する。図3は、第1実施形態における一つのメモリストリングスMSの回路図である。   Next, with reference to FIG. 2 and FIG. 3, a circuit configuration constituted by the memory string MS in the first embodiment and its operation will be described. FIG. 3 is a circuit diagram of one memory string MS in the first embodiment.

図2及び図3に示すように、第1実施形態において、メモリストリングスMSは、4つのメモリトランジスタMTr1mn〜MTr4mn並びにソース側選択トランジスタSSTrm及びドレイン側選択トランジスタSDTrmnを有している。これら4つのメモリセルトランジスタMTr1mn〜MTr4mn並びにソース側選択トランジスタSSTrmn及びドレイン側選択トランジスタSDTrmnは、それぞれ直列に接続されている(図3参照)。第1実施形態のメモリストリングスMSにおいては、半導体基板Ba上のP−型領域(P−Well領域)Ba1に形成されたn+領域に柱状半導体CLmnが形成されている。   As shown in FIGS. 2 and 3, in the first embodiment, the memory string MS includes four memory transistors MTr1mn to MTr4mn, a source side selection transistor SSTrm, and a drain side selection transistor SDTrmn. The four memory cell transistors MTr1mn to MTr4mn, the source side select transistor SSTrmn, and the drain side select transistor SDTrmn are connected in series (see FIG. 3). In the memory string MS of the first embodiment, the columnar semiconductor CLmn is formed in the n + region formed in the P− type region (P-well region) Ba1 on the semiconductor substrate Ba.

また、ソース側選択トランジスタSSTrmnのソースにはソース線SL(半導体基板BaのP−well領域Ba1に形成されたn+領域)が接続されている。また、ドレイン側選択トランジスタSDTrmnのドレインにはビット線BLが接続されている。   A source line SL (n + region formed in the P-well region Ba1 of the semiconductor substrate Ba) is connected to the source of the source side select transistor SSTrmn. A bit line BL is connected to the drain of the drain side select transistor SDTrmn.

各メモリトランジスタMtrmnは、柱状半導体CLmn、その柱状半導体CLmnを取り囲むように形成された電荷蓄積層、その電荷蓄積層を取り囲むように形成されたワード線WLを有する。ワード線WLの絶縁膜に囲まれた電荷蓄積層に接する端部は、メモリトランジスタMtrmnの制御ゲート電極CGとして機能する。メモリトランジスタMTrmnのソース及びドレインは、柱状半導体CLmnに形成される。   Each memory transistor Mtrmn has a columnar semiconductor CLmn, a charge storage layer formed so as to surround the columnar semiconductor CLmn, and a word line WL formed so as to surround the charge storage layer. An end portion in contact with the charge storage layer surrounded by the insulating film of the word line WL functions as the control gate electrode CG of the memory transistor Mtrmn. The source and drain of the memory transistor MTrmn are formed in the columnar semiconductor CLmn.

上記構成を有する不揮発性半導体記憶装置100においては、ビット線BL1〜BL3、ドレイン側選択ゲート線SGD、ワード線WL1〜WL4、ソース側選択ゲート線SGS、ソース線SLの電圧は、ビット線駆動回路(図示略)、ドレイン側選択ゲート線駆動回路15、ワード線駆動回路13、ソース側選択ゲート線駆動回路14、ソース線駆動回路(図示略)によって制御される。すなわち、所定のメモリトランジスタMTrmnの電荷蓄積層の電荷を制御することによって、データの読み出し、書き込み、消去を実行する。   In the nonvolatile semiconductor memory device 100 having the above configuration, the voltages of the bit lines BL1 to BL3, the drain side selection gate line SGD, the word lines WL1 to WL4, the source side selection gate line SGS, and the source line SL are the bit line drive circuit. (Not shown), controlled by a drain side selection gate line driving circuit 15, a word line driving circuit 13, a source side selection gate line driving circuit 14, and a source line driving circuit (not shown). That is, data is read, written, and erased by controlling the charge in the charge storage layer of a predetermined memory transistor MTrmn.

(第1実施形態に係るメモリストリングスMSの具体的構成)
次に、図4を参照して、メモリストリングスMSの更に具体的構成を説明する。図4は、第1実施形態における一つのメモリストリングスMSの断面構造図である。図4に示すように、メモリセルストリングスMSは、下層から上層へと、ソース側選択トランジスタ層20、メモリトランジスタ層30、及びドレイン側選択トランジスタ層40を有する。ソース側選択トランジスタ層20は、ソース側選択トランジスタSSTrmnとして機能する。メモリトランジスタ層30は、メモリトランジスタMtrmnとして機能する。ドレイン側選択トランジスタ層40は、ドレイン側選択トランジスタSDTrmnとして機能する。
(Specific Configuration of Memory String MS According to First Embodiment)
Next, a more specific configuration of the memory string MS will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a cross-sectional structure diagram of one memory string MS in the first embodiment. As shown in FIG. 4, the memory cell string MS includes a source side select transistor layer 20, a memory transistor layer 30, and a drain side select transistor layer 40 from the lower layer to the upper layer. The source side select transistor layer 20 functions as the source side select transistor SSTrmn. The memory transistor layer 30 functions as the memory transistor Mtrmn. The drain side select transistor layer 40 functions as the drain side select transistor SDTrmn.

ソース側選択トランジスタ層20は、半導体基板Ba上に形成されたソース側第1絶縁層21と、ソース側第1絶縁層21の上面に形成されたソース側導電層(第2の導電層)22と、ソース側導電層22の上面に形成されたソース側第2絶縁層23を有する。例えば、ソース側第1絶縁層21及びソース側第2絶縁層23は、酸化シリコンにて構成されている。また、例えば、ソース側導電層22は、ポリシリコンにて構成されている。なお、ソース側導電層22の一端は、上述したソース側選択トランジスタSSTrmnの制御ゲートとして機能する。   The source side select transistor layer 20 includes a source side first insulating layer 21 formed on the semiconductor substrate Ba and a source side conductive layer (second conductive layer) 22 formed on the upper surface of the source side first insulating layer 21. And a source-side second insulating layer 23 formed on the upper surface of the source-side conductive layer 22. For example, the source side first insulating layer 21 and the source side second insulating layer 23 are made of silicon oxide. For example, the source side conductive layer 22 is made of polysilicon. Note that one end of the source-side conductive layer 22 functions as a control gate of the above-described source-side selection transistor SSTrmn.

また、ソース側選択トランジスタ層20は、ソース側第1絶縁層21、ソース側導電層22、及びソース側第2絶縁層23を貫通してソース側ホール24が形成されている。ソース側ホール24内には、ソース側ゲート絶縁層25を介してソース側柱状半導体層(第2の柱状半導体層)26が設けられている。ソース側ゲート絶縁層25は、HTOにて形成されている。ソース側柱状半導体層26は、アモルファスシリコンにて形成されている。なお、HTOは、高温成膜の酸化膜TEOSである。   Further, the source side select transistor layer 20 has a source side hole 24 penetrating through the source side first insulating layer 21, the source side conductive layer 22, and the source side second insulating layer 23. A source side columnar semiconductor layer (second columnar semiconductor layer) 26 is provided in the source side hole 24 via a source side gate insulating layer 25. The source side gate insulating layer 25 is formed of HTO. The source side columnar semiconductor layer 26 is formed of amorphous silicon. HTO is a high-temperature oxide film TEOS.

メモリトランジスタ層30は、ソース側第2絶縁層23の上方に設けられた第1〜第5ワード線間絶縁層31a〜31eと、第1〜第5ワード線間絶縁層31a〜31eの上下間に設けられた第1〜第4ワード線導電層(第1の導電層)32a〜32dとを有する。例えば、第1〜第5ワード線間絶縁層31a〜31eは、酸化シリコンにて構成されている。また、例えば、第1〜第4ワード線導電層32a〜32dは、ポリシリコンにて構成されている。第1〜第4ワード線導電層31a〜31dは、上述したワード線WL1〜WL4として機能する。   The memory transistor layer 30 is provided between the first to fifth inter-wordline insulating layers 31a to 31e and the first to fifth inter-wordline insulating layers 31a to 31e provided above the source-side second insulating layer 23. And first to fourth word line conductive layers (first conductive layers) 32a to 32d. For example, the first to fifth inter-wordline insulating layers 31a to 31e are made of silicon oxide. For example, the first to fourth word line conductive layers 32a to 32d are made of polysilicon. The first to fourth word line conductive layers 31a to 31d function as the above-described word lines WL1 to WL4.

また、メモリトランジスタ層30は、第1〜第5ワード線間絶縁層31a〜31e、及び第1〜第4ワード線導電層32a〜32dを貫通して形成されたメモリホール33、及びメモリホール33内に形成されたメモリ柱状半導体層(第1の柱状半導体層)34を有する。メモリ柱状半導体層34は、アモルファスシリコンにて形成されている。   The memory transistor layer 30 includes a memory hole 33 formed through the first to fifth inter-wordline insulating layers 31a to 31e and the first to fourth wordline conductive layers 32a to 32d, and a memory hole 33. A memory columnar semiconductor layer (first columnar semiconductor layer) 34 formed therein is included. The memory columnar semiconductor layer 34 is formed of amorphous silicon.

更に、メモリトランジスタ層30は、メモリ柱状半導体層34から空隙35を介して形成され且つ電荷を蓄積する電荷蓄積層36と、その電荷蓄積層36に接するブロック絶縁層37とを有する。このブロック絶縁層37は、第1〜第4ワード線導電層32a〜32dと接する。電荷蓄積層36は、窒化シリコン(SiN)にて形成されている。ブロック絶縁層37は、HTOにて形成されている。また、メモリトランジスタ層30の上部であり且つメモリ柱状半導体層34と電荷蓄積層36との間には、空隙35によって構成された空間の上部を封止するように封止絶縁層38が形成されている。封止絶縁層38は、酸化シリコンにて形成されている。封止絶縁層38は、その上面がメモリ柱状半導体層34の上面と略同じになるように形成されている。   Furthermore, the memory transistor layer 30 includes a charge storage layer 36 that is formed from the memory columnar semiconductor layer 34 via the gap 35 and stores charges, and a block insulating layer 37 that is in contact with the charge storage layer 36. The block insulating layer 37 is in contact with the first to fourth word line conductive layers 32a to 32d. The charge storage layer 36 is formed of silicon nitride (SiN). The block insulating layer 37 is formed of HTO. In addition, a sealing insulating layer 38 is formed on the memory transistor layer 30 and between the memory columnar semiconductor layer 34 and the charge storage layer 36 so as to seal the upper part of the space formed by the gap 35. ing. The sealing insulating layer 38 is made of silicon oxide. The sealing insulating layer 38 is formed so that the upper surface thereof is substantially the same as the upper surface of the memory columnar semiconductor layer 34.

ドレイン側選択トランジスタ層40は、第5ワード線間絶縁層31e上に形成されたドレイン側第1絶縁層41と、ドレイン側第1絶縁層41の上面に形成されたドレイン側導電層(第2の導電層)42と、ドレイン側導電層42の上面に形成されたドレイン側第2絶縁層43と、ドレイン側第2絶縁層43の上面に形成された分離絶縁層44とを有する。ドレイン側第1絶縁層41及びドレイン側第2絶縁層43は、酸化シリコンにて形成されている。ドレイン側導電層42は、ポリシリコンにて形成されている。分離絶縁層44は、窒化シリコンにて形成されている。なお、ドレイン側導電層42の一端は、上述したドレイン側選択トランジスタSDTrmnの制御ゲートとして機能する。   The drain side select transistor layer 40 includes a drain side first insulating layer 41 formed on the fifth inter-wordline insulating layer 31e and a drain side conductive layer (second layer) formed on the upper surface of the drain side first insulating layer 41. A conductive layer) 42, a drain-side second insulating layer 43 formed on the top surface of the drain-side conductive layer 42, and an isolation insulating layer 44 formed on the top surface of the drain-side second insulating layer 43. The drain side first insulating layer 41 and the drain side second insulating layer 43 are formed of silicon oxide. The drain side conductive layer 42 is made of polysilicon. The isolation insulating layer 44 is made of silicon nitride. Note that one end of the drain side conductive layer 42 functions as a control gate of the drain side select transistor SDTrmn described above.

また、ドレイン側選択トランジスタ層40は、ドレイン側第1絶縁層41、ドレイン側導電層42、ドレイン側第2絶縁層43、及び分離絶縁層44を貫通してドレイン側ホール45が形成されている。ドレイン側ホール45内には、ドレイン側ゲート絶縁層46を介してドレイン側柱状半導体層(第2の柱状半導体層)47が設けられている。ドレイン側ゲート絶縁層46は、HTOにて形成されている。ドレイン側柱状半導体層47は、アモルファスシリコンにて形成されている。   The drain side select transistor layer 40 has a drain side hole 45 penetrating through the drain side first insulating layer 41, the drain side conductive layer 42, the drain side second insulating layer 43, and the isolation insulating layer 44. . A drain side columnar semiconductor layer (second columnar semiconductor layer) 47 is provided in the drain side hole 45 with a drain side gate insulating layer 46 interposed therebetween. The drain side gate insulating layer 46 is formed of HTO. The drain side columnar semiconductor layer 47 is formed of amorphous silicon.

(第1実施形態に係るメモリストリングスMSの製造工程)
次に、図5〜図10を参照して、第1実施形態に係るメモリストリングスMSの製造工程について説明する。なお、図5〜図10は、第1〜第5ワード線間絶縁層31a〜31e、及び第1〜第4ワード線導電層32a〜32dの一部を省略して記載している。
(Manufacturing process of the memory string MS according to the first embodiment)
Next, with reference to FIGS. 5 to 10, a process for manufacturing the memory string MS according to the first embodiment will be described. 5 to 10 omit a part of the first to fifth inter-wordline insulating layers 31a to 31e and the first to fourth wordline conductive layers 32a to 32d.

先ず、基板Ba上にソース側選択トランジスタ層20を形成する。続いて、そのソース側選択トランジスタ層20の上部に、アモルファスシリコンと、シリコン酸化膜とを交互に順次積層させ、第1〜第5ワード線間絶縁層(層間絶縁層)31a〜31eと、第1〜第4ワード線導電層(導電層)32a〜32dとを形成する。次に、第1〜第5ワード線間絶縁層31a〜31e、及び第1〜第4ワード線導電層32a〜32dを貫通させて、メモリホール(ホール)33を形成する。その後、メモリホール33内に、順次、HTO、窒化シリコン、シリコンゲルマニウム(SiGe)を積層させ、ブロック絶縁層(第1絶縁層)37、電荷蓄積層36、犠牲層39を形成する。上記工程を経て、図5に示す状態とする。例えば、7nmのHTO膜を堆積した後、デファイアニール(例えば、N,800℃,10分)を行い、5nmの窒化シリコン層を成膜し、2nmのシリコンゲルマニウム薄膜を堆積させる。 First, the source side select transistor layer 20 is formed on the substrate Ba. Subsequently, amorphous silicon and a silicon oxide film are alternately and sequentially stacked on the source-side selection transistor layer 20 to form first to fifth inter-wordline insulating layers (interlayer insulating layers) 31a to 31e, First to fourth word line conductive layers (conductive layers) 32a to 32d are formed. Next, a memory hole 33 is formed through the first to fifth inter-word line insulating layers 31a to 31e and the first to fourth word line conductive layers 32a to 32d. Thereafter, HTO, silicon nitride, and silicon germanium (SiGe) are sequentially stacked in the memory hole 33 to form a block insulating layer (first insulating layer) 37, a charge storage layer 36, and a sacrificial layer 39. Through the above steps, the state shown in FIG. 5 is obtained. For example, after depositing a 7 nm HTO film, defei anneal (for example, N 2 , 800 ° C., 10 minutes) is performed to form a 5 nm silicon nitride layer and a 2 nm silicon germanium thin film.

次に、メモリホール33の底面の上部、及び第5ワード線間絶縁層31eの上面に位置するブロック絶縁層37、電荷蓄積層36、犠牲層39を反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching; RIE)にて取り除き、図6に示す状態とする。更に、メモリホール33の底面に露出したソース側柱状半導体層26の上面に形成された自然酸化膜をフッ酸処理により除去する。   Next, reactive ion etching (RIE) is performed on the block insulating layer 37, the charge storage layer 36, and the sacrificial layer 39 located on the upper portion of the bottom surface of the memory hole 33 and the upper surface of the fifth inter-wordline insulating layer 31 e. And the state shown in FIG. 6 is obtained. Further, the natural oxide film formed on the upper surface of the source side columnar semiconductor layer 26 exposed on the bottom surface of the memory hole 33 is removed by hydrofluoric acid treatment.

続いて、図7に示すように、メモリホール33内であって、犠牲層39の側面に接するように、アモルファスシリコンを堆積させ、メモリ柱状半導体層34を形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 7, amorphous silicon is deposited in the memory hole 33 so as to be in contact with the side surface of the sacrificial layer 39, thereby forming the memory columnar semiconductor layer 34.

次に、図8に示すように、犠牲層39を選択エッチングにて除去する。なお、犠牲層39が、シリコンゲルニウムであるので、例えば、ClF蒸気雰囲気にて選択エッチングを行う。このような工程にて、犠牲層39を選択エッチングにて除去することにより、メモリ柱状半導体層34とブロック絶縁層37との間に中空円筒状の空隙(トレンチ)35が形成される。 Next, as shown in FIG. 8, the sacrificial layer 39 is removed by selective etching. Since the sacrificial layer 39 is silicon germanium, selective etching is performed in, for example, a ClF 3 vapor atmosphere. In this process, the sacrificial layer 39 is removed by selective etching, whereby a hollow cylindrical gap (trench) 35 is formed between the memory columnar semiconductor layer 34 and the block insulating layer 37.

続いて、図9に示すように、埋め込み特性(カバレッジ)の悪いプロセス(例えば、プラズマCVD等)でシリコン酸化膜を成膜する。この埋め込み特性(カバレッジ)の悪いプロセスにより、空隙35がシリコン酸化膜にて埋め尽くされることなく、空隙35の上部開口部に封止絶縁層38が形成される。なお、成膜されたシリコン酸化膜の中、封止絶縁層38以外の箇所は、ドレイン側第1絶縁層41となる。   Subsequently, as shown in FIG. 9, a silicon oxide film is formed by a process with poor embedding characteristics (coverage) (for example, plasma CVD or the like). By this process with poor embedding characteristics (coverage), the sealing insulating layer 38 is formed in the upper opening of the air gap 35 without the air gap 35 being filled with the silicon oxide film. In the formed silicon oxide film, the portion other than the sealing insulating layer 38 becomes the drain-side first insulating layer 41.

次に、図10に示すように、ドレイン側第1絶縁層41の上部に、順次、ポリシリコン、酸化シリコン、窒化シリコンを積層させ、ドレイン側導電層42、ドレイン側第2絶縁層43、及び分離絶縁層44を形成する。   Next, as shown in FIG. 10, polysilicon, silicon oxide, and silicon nitride are sequentially stacked on the drain side first insulating layer 41, and the drain side conductive layer 42, the drain side second insulating layer 43, and An isolation insulating layer 44 is formed.

続いて、メモリ柱状半導体層34の上部に整合する位置で分離絶縁層44、ドレイン側第2絶縁層43、ドレイン側導電層42、及びドレイン側第1絶縁層41を貫通させ、ドレイン側ホール45を形成する。そして、ドレイン側ホール45の側壁に順次、ドレイン側ゲート絶縁層46、及びドレイン側柱状半導体層47を形成し、図4と同様の不揮発性半導体記憶装置100を製造する。   Subsequently, the isolation insulating layer 44, the drain side second insulating layer 43, the drain side conductive layer 42, and the drain side first insulating layer 41 are penetrated at a position aligned with the upper portion of the memory columnar semiconductor layer 34, and the drain side hole 45. Form. Then, a drain-side gate insulating layer 46 and a drain-side columnar semiconductor layer 47 are sequentially formed on the sidewall of the drain-side hole 45, and the nonvolatile semiconductor memory device 100 similar to that in FIG. 4 is manufactured.

(第1実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置100の効果)
次に、第1実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置100の効果について説明する。第1実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置100は、上記積層構造に示したように高集積化可能である。また、不揮発性半導体記憶装置100は、上記製造工程にて説明したように、メモリトランジスタMTrmnとなる各層、及びソース側選択トランジスタSSTrmn,ドレイン側選択トランジスタSDTrmnとなる各層を、積層数に関係なく所定のリソグラフィー工程数で製造することができる。すなわち、安価に不揮発性半導体記憶装置100を製造することが可能である。
(Effect of Nonvolatile Semiconductor Memory Device 100 According to First Embodiment)
Next, effects of the nonvolatile semiconductor memory device 100 according to the first embodiment will be described. The nonvolatile semiconductor memory device 100 according to the first embodiment can be highly integrated as shown in the stacked structure. In addition, as described in the above manufacturing process, the nonvolatile semiconductor memory device 100 has predetermined layers for the memory transistors MTrmn and layers for the source side select transistor SSTrmn and the drain side select transistor SDTrmn regardless of the number of stacked layers. The number of lithography processes can be manufactured. That is, the nonvolatile semiconductor memory device 100 can be manufactured at a low cost.

ここで、本発明の第1実施形態とは異なる他の製造方法にて、メモリストリングスを形成する場合を考える。例えば、その製造方法においては、ホール表面に、ブロック絶縁層、電荷蓄積層、及びトンネル絶縁層を順次堆積させ、ホール底面のトンネル絶縁層、電荷蓄積層、及びブロック絶縁層を除去し、ホール底面に露出した半導体表面の自然酸化膜を除去した後、ホール内にポリシリコンを堆積させ、柱状半導体を形成する工程が考えられる。   Here, consider a case where the memory strings are formed by another manufacturing method different from the first embodiment of the present invention. For example, in the manufacturing method, a block insulating layer, a charge storage layer, and a tunnel insulating layer are sequentially deposited on the hole surface, and the tunnel insulating layer, the charge storage layer, and the block insulating layer on the bottom surface of the hole are removed, and the bottom surface of the hole is removed. It is conceivable to form a columnar semiconductor by removing the natural oxide film on the exposed semiconductor surface and then depositing polysilicon in the hole.

しかしながら、上記他の製造方法であれば、半導体表面の自然酸化膜を除去する工程に用いられるフッ酸処理にて、ホール側壁に形成されたトンネル絶縁層等も除去されてしまう。また、上記他の製造方法において、フッ酸処理の問題を解消するため、トンネル絶縁層を、酸化膜ではなく、別材料にて構成すれば、別材料へのチャージトラップを引き起こすおそれがある。つまり、信頼性を低下させる問題が生じる。   However, in the case of the other manufacturing method described above, the tunnel insulating layer formed on the side wall of the hole is also removed by the hydrofluoric acid treatment used in the step of removing the natural oxide film on the semiconductor surface. Further, in the other manufacturing method described above, if the tunnel insulating layer is made of another material instead of an oxide film in order to solve the problem of hydrofluoric acid treatment, there is a risk of causing a charge trap to another material. That is, the problem of reducing reliability arises.

これに対し、本発明の第1実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置100は、メモリ柱状半導体層34から空隙35を介して形成された電荷蓄積層36を有する。空隙35は、所定の誘電率を有し、所謂、トンネル絶縁層と同様の機能を有する。   In contrast, the nonvolatile semiconductor memory device 100 according to the first embodiment of the present invention includes the charge storage layer 36 formed from the memory columnar semiconductor layer 34 via the gap 35. The air gap 35 has a predetermined dielectric constant and has the same function as a so-called tunnel insulating layer.

したがって、本発明の第1実施形態においては、電荷蓄積層36が犠牲層39にて保護された状態にて、フッ酸処理が実行される。そして、メモリ柱状半導体層34が形成された後、犠牲層39を除去して、空隙35が形成される。つまり、第1実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置100は、メモリ柱状半導体層34とソース側柱状半導体層26とのコンタクトがとれ、フッ酸処理による影響を受けず、空隙(トンネル絶縁層と同様の機能を有する)35、電荷蓄積層36、ブロック絶縁層37の膜厚を予め設定した所定の厚みで形成することが可能であり、他の製造方法で生じる別材料へのチャージトラップ等の信頼性の低下を抑制することができる。   Therefore, in the first embodiment of the present invention, the hydrofluoric acid treatment is performed with the charge storage layer 36 protected by the sacrificial layer 39. Then, after the memory columnar semiconductor layer 34 is formed, the sacrificial layer 39 is removed, and the gap 35 is formed. That is, in the nonvolatile semiconductor memory device 100 according to the first embodiment, the memory columnar semiconductor layer 34 and the source-side columnar semiconductor layer 26 are in contact with each other, and are not affected by the hydrofluoric acid treatment, and are not voids (similar to the tunnel insulating layer). 35), the charge storage layer 36, and the block insulating layer 37 can be formed with a predetermined thickness, and the reliability of charge traps on other materials produced by other manufacturing methods can be achieved. Deterioration can be suppressed.

[第2実施形態]
(第2実施形態に係るメモリストリングスMSの具体的構成)
次に、図11A及び図11Bを参照して、本発明の第2実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のメモリストリングスMSの具体的構成について説明する。図11Aは、第2実施形態における一つのメモリストリングスMSの断面構造図であり、図11Bは、図11Aの拡大図である。図11Aに示すように、第2実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置は、第1実施形態と異なるメモリトランジスタ層30Aを有する。なお、第2実施形態において、第1実施形態と同様の構成については、同一符号を付し、その説明を省略する。
[Second Embodiment]
(Specific Configuration of Memory String MS According to Second Embodiment)
Next, with reference to FIGS. 11A and 11B, a specific configuration of the memory string MS of the nonvolatile semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention will be described. FIG. 11A is a cross-sectional structure diagram of one memory string MS in the second embodiment, and FIG. 11B is an enlarged view of FIG. 11A. As shown in FIG. 11A, the non-volatile semiconductor storage device according to the second embodiment includes a memory transistor layer 30A different from the first embodiment. Note that in the second embodiment, identical symbols are assigned to configurations similar to those in the first embodiment and descriptions thereof are omitted.

図11Aに示すように、第2実施形態に係るメモリストリングスMSのメモリトランジスタ層30Aにおいては、空隙35内にトンネル絶縁層351が形成されている。トンネル絶縁層351は、酸化シリコンにて形成されている。トンネル絶縁層351は、図11Bに示すように、メモリ柱状半導体層34の側壁と電荷蓄積層36の側壁及び底部とを覆うように形成され、空隙352を有している。また、トンネル絶縁層351は、さらに空隙352内を満たすように形成し、その上端から下方へとシーム(seam)を有する形状であってもよい。また、トンネル絶縁層351の上部には、第1実施形態と異なり、封止絶縁層38が形成されていない。   As shown in FIG. 11A, in the memory transistor layer 30A of the memory string MS according to the second embodiment, a tunnel insulating layer 351 is formed in the gap 35. The tunnel insulating layer 351 is made of silicon oxide. As shown in FIG. 11B, the tunnel insulating layer 351 is formed so as to cover the side wall of the memory columnar semiconductor layer 34 and the side wall and bottom of the charge storage layer 36, and has a gap 352. Further, the tunnel insulating layer 351 may be formed so as to fill the gap 352 and have a seam downward from the upper end thereof. Unlike the first embodiment, the sealing insulating layer 38 is not formed on the tunnel insulating layer 351.

上記第2実施形態の構成を換言すると、トンネル絶縁層351は、メモリ柱状半導体層34に接するように形成され、電荷蓄積層36は、そのトンネル絶縁層351に接するように形成されている。   In other words, the tunnel insulating layer 351 is formed in contact with the memory columnar semiconductor layer 34, and the charge storage layer 36 is formed in contact with the tunnel insulating layer 351.

(第2実施形態に係るメモリストリングスMSの製造工程)
次に、第2実施形態に係るメモリストリングスMSの製造工程について説明する。第2実施形態に係るメモリストリングスMSの製造工程においては、第1実施形態の図5〜図8と同様の工程を行なう。図8に示す工程に続いて、埋め込み特性(カバレッジ)の良いプロセス(例えば、低圧化学気相成長(LPCVD:Low Pressure Chemical Vapor Deposition)等)でシリコン酸化膜を成膜する工程を行なう。この工程により、空隙35内にトンネル絶縁層(第2絶縁層)351が形成される。
(Manufacturing process of memory strings MS according to the second embodiment)
Next, a manufacturing process of the memory string MS according to the second embodiment will be described. In the manufacturing process of the memory string MS according to the second embodiment, the same processes as those in FIGS. 5 to 8 of the first embodiment are performed. Following the step shown in FIG. 8, a step of forming a silicon oxide film by a process with good embedding characteristics (coverage) (for example, low pressure chemical vapor deposition (LPCVD)) is performed. By this step, a tunnel insulating layer (second insulating layer) 351 is formed in the gap 35.

そして、トンネル絶縁層351が形成された後、図9及び図10と同様の工程を行い、図11Aと同様の不揮発性半導体記憶装置を製造する。   Then, after the tunnel insulating layer 351 is formed, the same processes as in FIGS. 9 and 10 are performed to manufacture the nonvolatile semiconductor memory device similar to that in FIG. 11A.

(第2実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の効果)
上記第2実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置は、第1実施形態と同様に、積層数に関係なく所定のリソグラフィー工程数で製造することができ、安価に不揮発性半導体記憶装置を製造することが可能である。
(Effects of Nonvolatile Semiconductor Memory Device According to Second Embodiment)
Similar to the first embodiment, the nonvolatile semiconductor memory device according to the second embodiment can be manufactured with a predetermined number of lithography processes regardless of the number of stacked layers, and the nonvolatile semiconductor memory device can be manufactured at low cost. Is possible.

また、上記第2実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置は、第1実施形態と同様に空隙35を形成し、その後、空隙35内にトンネル絶縁層351を形成したものである。   In the nonvolatile semiconductor memory device according to the second embodiment, the gap 35 is formed as in the first embodiment, and then the tunnel insulating layer 351 is formed in the gap 35.

したがって、本発明の第2実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置は、第1実施形態と同様に、メモリ柱状半導体層34とソース側柱状半導体層26とのコンタクトがとれ、フッ酸処理による影響を受けず、トンネル絶縁層351、電荷蓄積層36、ブロック絶縁層37の膜厚を予め設定した所定の厚みで形成することが可能であり、他の製造方法で生じる別材料へのチャージトラップ等の信頼性の低下を抑制することができる。   Therefore, in the nonvolatile semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention, as in the first embodiment, the contact between the memory columnar semiconductor layer 34 and the source side columnar semiconductor layer 26 is obtained, and the influence of the hydrofluoric acid treatment is exerted. The tunnel insulating layer 351, the charge storage layer 36, and the block insulating layer 37 can be formed with predetermined thicknesses, such as charge traps for other materials generated by other manufacturing methods. A decrease in reliability can be suppressed.

[第3実施形態]
(第3実施形態に係るメモリストリングスMSの具体的構成)
次に、図12を参照して、本発明の第3実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のメモリストリングスMSの具体的構成について説明する。図12に示すように、第3実施形態に係るメモリストリングスMSは、第1,第2実施形態と異なるメモリトランジスタ層30B、及びドレイン側選択トランジスタ層40Aを有する。なお、第3実施形態において、第1及び第2実施形態と同様の構成については、同一符号を付し、その説明を省略する。
[Third Embodiment]
(Specific Configuration of Memory String MS According to Third Embodiment)
Next, a specific configuration of the memory string MS of the nonvolatile semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 12, the memory string MS according to the third embodiment includes a memory transistor layer 30B and a drain side select transistor layer 40A which are different from those in the first and second embodiments. Note that in the third embodiment, identical symbols are assigned to configurations similar to those in the first and second embodiments and descriptions thereof are omitted.

第3実施形態に係るメモリトランジスタ層30Bにおいて、メモリトランジスタ層30Bの上部であり且つメモリ柱状半導体層34と電荷蓄積層36との間に、空隙35によって構成された空間の上部を封止するように、封止絶縁層38aが形成されている。封止絶縁層38aは、その上面がメモリ柱状半導体層34の上面より下となるように形成されている。この封止絶縁層38aの上部に、更に、ドレイン側柱状半導体層47から延びる封止半導体層38bが形成されている。   In the memory transistor layer 30B according to the third embodiment, the upper part of the space formed by the gap 35 is sealed above the memory transistor layer 30B and between the memory columnar semiconductor layer 34 and the charge storage layer 36. Further, a sealing insulating layer 38a is formed. The sealing insulating layer 38 a is formed so that its upper surface is below the upper surface of the memory columnar semiconductor layer 34. A sealing semiconductor layer 38b extending from the drain side columnar semiconductor layer 47 is further formed on the sealing insulating layer 38a.

第3実施形態に係るドレイン側選択トランジスタ層40Aにおいては、ドレイン側ホール45内にドレイン側ゲート絶縁層46が形成されていない。つまり、ドレイン側ホール45の側壁(ドレイン側導電層42)とドレイン側柱状半導体層47との間は、空隙45aとなっている。このような構成を換言すると、ドレイン側導電層42は、ドレイン側柱状半導体層47から空隙45aを介して形成されている。   In the drain side select transistor layer 40 </ b> A according to the third embodiment, the drain side gate insulating layer 46 is not formed in the drain side hole 45. That is, a gap 45 a is formed between the side wall (drain side conductive layer 42) of the drain side hole 45 and the drain side columnar semiconductor layer 47. In other words, the drain side conductive layer 42 is formed from the drain side columnar semiconductor layer 47 through the gap 45a.

また、第3実施形態に係るドレイン側選択トランジスタ層40Aにおいては、ドレイン側第2絶縁層43の上に分離絶縁層44が形成されておらず、その代わりに、空隙45aの上部を埋めるように、封止絶縁層48が形成されている。封止絶縁層48は、その下方から空隙45aの上部に突出した突出部48a、及びドレイン側柱状半導体層47の上部に整合する位置に形成されたプラグホール48bを有する。プラグホール48b内には、プラグ導電層49が形成されている。プラグ導電層49の上面には、ビット線導電層50が形成されている。上記の封止絶縁層48は、窒化シリコンにて形成されており、プラグ導電層49は、タングステン(W)にて形成されている。また、プラグ導電層49は、その上部に、例えばTi/TiN等のバリアメタル層を有する構成であってもよい。   Further, in the drain side select transistor layer 40A according to the third embodiment, the isolation insulating layer 44 is not formed on the drain side second insulating layer 43, and instead, the upper part of the gap 45a is filled. A sealing insulating layer 48 is formed. The sealing insulating layer 48 has a protruding portion 48 a that protrudes from below to the upper portion of the gap 45 a and a plug hole 48 b that is formed at a position aligned with the upper portion of the drain side columnar semiconductor layer 47. A plug conductive layer 49 is formed in the plug hole 48b. A bit line conductive layer 50 is formed on the upper surface of the plug conductive layer 49. The sealing insulating layer 48 is made of silicon nitride, and the plug conductive layer 49 is made of tungsten (W). Further, the plug conductive layer 49 may be configured to have a barrier metal layer such as Ti / TiN on the upper part thereof.

(第3実施形態に係るメモリストリングスMSの製造工程)
次に、図13〜図20を参照して、第3実施形態に係るメモリストリングスMSの製造工程について説明する。なお、図13〜図20は、第1〜第5ワード線間絶縁層31a〜31e、及び第1〜第4ワード線導電層32a〜32dの一部を省略して記載している。
(Manufacturing process of memory strings MS according to the third embodiment)
Next, with reference to FIGS. 13 to 20, a manufacturing process of the memory string MS according to the third embodiment will be described. 13 to 20 omit a part of the first to fifth inter-wordline insulating layers 31a to 31e and the first to fourth wordline conductive layers 32a to 32d.

先ず、第3実施形態に係るメモリストリングスMSの製造工程は、第1実施形態に係るメモリストリングスMSの製造工程の図9に示す工程まで、同様の処理を行う。図9の工程に続いて、図13に示すように、ドレイン側第1絶縁層41の上部に、順次、ポリシリコン、酸化シリコンを積層させ、ドレイン側導電層42、及びドレイン側第2絶縁層43を形成する。   First, in the manufacturing process of the memory string MS according to the third embodiment, the same processing is performed up to the process shown in FIG. 9 of the manufacturing process of the memory string MS according to the first embodiment. Subsequent to the step of FIG. 9, as shown in FIG. 13, polysilicon and silicon oxide are sequentially stacked on the drain-side first insulating layer 41 to form a drain-side conductive layer 42 and a drain-side second insulating layer. 43 is formed.

続いて、図14に示すように、ドレイン側第2絶縁層43、ドレイン側導電層42、及びドレイン側第1絶縁層41を貫通させ、ドレイン側ホール45を形成する。この工程にて、空隙35内の上部に残されたドレイン側第1絶縁層41が、封止絶縁層38aとなる。   Subsequently, as shown in FIG. 14, the drain side second insulating layer 43, the drain side conductive layer 42, and the drain side first insulating layer 41 are penetrated to form a drain side hole 45. In this step, the drain-side first insulating layer 41 left in the upper part of the gap 35 becomes the sealing insulating layer 38a.

次に、シリコンゲルマニウム(例えば、5nm)を堆積させて犠牲層51を形成した後、ドレイン側ホール45の底部の上面及びドレイン側第2絶縁層43の上面の犠牲層51をRIEにより除去し、図15に示す状態とする。更に、ドレイン側ホール45の底面に露出したメモリ柱状半導体層34の上面に形成された自然酸化膜をフッ酸処理により除去する。   Next, after depositing silicon germanium (for example, 5 nm) to form the sacrificial layer 51, the sacrificial layer 51 on the upper surface of the bottom of the drain side hole 45 and the upper surface of the drain side second insulating layer 43 is removed by RIE. The state shown in FIG. 15 is assumed. Further, the natural oxide film formed on the upper surface of the memory columnar semiconductor layer 34 exposed at the bottom surface of the drain side hole 45 is removed by hydrofluoric acid treatment.

続いて、図16に示すように、ドレイン側ホール45内であって、犠牲層51に接するように、ポリシリコンを堆積させ、ドレイン側ホール45内にドレイン側柱状半導体層47を形成する。なお、この工程にて、封止絶縁層38aの上部に堆積したポリシリコンは、封止半導体層38bとなる。   Subsequently, as shown in FIG. 16, polysilicon is deposited in the drain side hole 45 so as to be in contact with the sacrificial layer 51, and the drain side columnar semiconductor layer 47 is formed in the drain side hole 45. In this step, the polysilicon deposited on the upper portion of the sealing insulating layer 38a becomes the sealing semiconductor layer 38b.

続いて、図17に示すように、犠牲層51を選択エッチングにより除去し、中空円筒状の空隙(トレンチ)45aを形成する。なお、犠牲層51が、シリコンゲルニウムであるので、例えば、ClF蒸気雰囲気にて選択エッチングを行う。 Subsequently, as shown in FIG. 17, the sacrificial layer 51 is removed by selective etching to form a hollow cylindrical void (trench) 45a. Since the sacrificial layer 51 is silicon germanium, for example, selective etching is performed in a ClF 3 vapor atmosphere.

次に、図18に示すように、埋め込み特性(カバレッジ)の悪いプロセス(例えば、プラズマCVD等)でシリコン酸化膜を成膜する。この埋め込み特性(カバレッジ)の悪いプロセスにより、空隙45aがシリコン酸化膜にて埋め尽くされることなく、空隙45aの上部開口部を封止するように封止絶縁層48が形成される。なお、空隙45aの上部には、封止絶縁層48の突出部48aが形成される。   Next, as shown in FIG. 18, a silicon oxide film is formed by a process with poor embedding characteristics (coverage) (for example, plasma CVD or the like). By this process with poor filling characteristics (coverage), the sealing insulating layer 48 is formed so as to seal the upper opening of the gap 45a without filling the gap 45a with the silicon oxide film. Note that a protruding portion 48a of the sealing insulating layer 48 is formed above the gap 45a.

続いて、図19に示すように、ドレイン側柱状半導体層47の上部に整合する位置で、封止絶縁層48を貫通させ、プラグホール48bを形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 19, the sealing insulating layer 48 is penetrated at a position aligned with the upper portion of the drain side columnar semiconductor layer 47, and a plug hole 48b is formed.

次に、図20に示すように、プラグホール48b内にタングステン層を堆積させ、プラグ導電層49を形成する。図20に示す工程の後、プラグ導電層49上にビット線導電層50を形成し、図12と同様の不揮発性半導体記憶装置を製造する。   Next, as shown in FIG. 20, a tungsten layer is deposited in the plug hole 48 b to form a plug conductive layer 49. After the step shown in FIG. 20, the bit line conductive layer 50 is formed on the plug conductive layer 49, and the nonvolatile semiconductor memory device similar to that in FIG. 12 is manufactured.

上記第3実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置は、空隙35を有するので、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。   Since the nonvolatile semiconductor memory device according to the third embodiment has the gap 35, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

また、上記第3実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置は、ドレイン柱状半導体層47と、ドレイン側第1絶縁層41、ドレイン側導電層42、ドレイン側第2絶縁層43との間に空隙45aを有するものである。また、空隙45aは、所定の誘電率を有し、所謂、ドレイン側ゲート絶縁層と同様の機能を有する。   In the nonvolatile semiconductor memory device according to the third embodiment, the gap 45a is provided between the drain columnar semiconductor layer 47 and the drain-side first insulating layer 41, the drain-side conductive layer 42, and the drain-side second insulating layer 43. It is what has. The air gap 45a has a predetermined dielectric constant and has the same function as a so-called drain-side gate insulating layer.

したがって、ドレイン側第1絶縁層41、ドレイン側導電層42、及びドレイン側第2絶縁層43が犠牲層51にて保護された状態にて、フッ酸処理が実行される。そして、ドレイン柱状半導体47が形成された後、犠牲層51を除去して、空隙45aが形成される。つまり、不揮発性半導体記憶装置は、ドレイン側柱側状半導体層47とメモリ柱状半導体層34とのコンタクトがとれ、フッ酸処理による影響を受けず、空隙(ゲート絶縁層と同様の機能を有する)45aを予め設定した所定の厚みで形成することが可能であり、他の製造方法で生じる別材料へのチャージトラップ等の信頼性の低下を抑制することができる。   Accordingly, the hydrofluoric acid treatment is performed in a state where the drain-side first insulating layer 41, the drain-side conductive layer 42, and the drain-side second insulating layer 43 are protected by the sacrificial layer 51. Then, after the drain columnar semiconductor 47 is formed, the sacrificial layer 51 is removed to form a gap 45a. That is, in the nonvolatile semiconductor memory device, the drain side columnar semiconductor layer 47 and the memory columnar semiconductor layer 34 are in contact with each other and are not affected by the hydrofluoric acid treatment, and have a void (having the same function as the gate insulating layer). It is possible to form 45a with a predetermined thickness set in advance, and it is possible to suppress a decrease in reliability such as a charge trap to another material caused by another manufacturing method.

[第4実施形態]
(第4実施形態に係るメモリストリングスMSの具体的構成)
次に、図21A及び図21Bを参照して、本発明の第4実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のメモリストリングスMSの具体的構成について説明する。図21Aは、第4実施形態における一つのメモリストリングスMSの断面構造図であり、図21Bは、図21Aの拡大図である。図21Aに示すように、第4実施形態に係るメモリストリングスMSは、第3実施形態と異なるドレイン側選択トランジスタ層40Bを有する。なお、第4実施形態において、第1〜第3実施形態と同様の構成については、同一符号を付し、その説明を省略する。
[Fourth Embodiment]
(Specific Configuration of Memory String MS According to Fourth Embodiment)
Next, with reference to FIGS. 21A and 21B, a specific configuration of the memory string MS of the nonvolatile semiconductor memory device according to the fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 21A is a cross-sectional structure diagram of one memory string MS in the fourth embodiment, and FIG. 21B is an enlarged view of FIG. 21A. As shown in FIG. 21A, the memory string MS according to the fourth embodiment has a drain-side selection transistor layer 40B different from the third embodiment. Note that in the fourth embodiment, identical symbols are assigned to configurations similar to those in the first through third embodiments and descriptions thereof are omitted.

図21Aに示すように、第4実施形態に係るメモリストリングスMSのドレイン側選択トランジスタ層40Bにおいては、空隙45a内にドレイン側ゲート絶縁層451が形成されている。ドレイン側ゲート絶縁層451は、酸化シリコンにて形成されている。ドレイン側ゲート絶縁層451は、図21Bに示すように、第1ドレイン側絶縁層41の側壁、ドレイン側導電層42の側壁、第2ドレイン側絶縁層43の側壁、電荷蓄積層36の上部、及びドレイン側柱状半導体層47の側壁を覆うように形成され、空隙452を有している。また、ドレイン側ゲート絶縁層451は、さらに空隙452内を満たすように形成し、その上端から下方へとシーム(seam)を有する形状であってもよい。また、ドレイン側ゲート絶縁層451の上部には、第3実施形態と異なり、封止絶縁層48の突出部48aが形成されていない。   As shown in FIG. 21A, in the drain side select transistor layer 40B of the memory string MS according to the fourth embodiment, a drain side gate insulating layer 451 is formed in the gap 45a. The drain side gate insulating layer 451 is formed of silicon oxide. As shown in FIG. 21B, the drain-side gate insulating layer 451 includes a sidewall of the first drain-side insulating layer 41, a sidewall of the drain-side conductive layer 42, a sidewall of the second drain-side insulating layer 43, an upper portion of the charge storage layer 36, The drain side columnar semiconductor layer 47 is formed so as to cover the side wall, and has a gap 452. The drain-side gate insulating layer 451 may be formed so as to fill the gap 452 and have a seam from the upper end to the bottom. Further, unlike the third embodiment, the protruding portion 48 a of the sealing insulating layer 48 is not formed on the drain side gate insulating layer 451.

上記第4実施形態の構成を換言すると、ドレイン側ゲート絶縁層451は、ドレイン側柱状半導体層47に接するように形成され、ドレイン側導電層42は、ドレイン側ゲート絶縁層451に接するように形成されている。   In other words, the drain-side gate insulating layer 451 is formed in contact with the drain-side columnar semiconductor layer 47, and the drain-side conductive layer 42 is formed in contact with the drain-side gate insulating layer 451. Has been.

(第4実施形態に係るメモリストリングスMSの製造工程)
次に、第4実施形態に係るメモリストリングスMSの製造工程について説明する。第4実施形態に係るメモリストリングスMSの製造工程においては、先ず、第3実施形態の図13〜図17と同様の工程を行なう。図17に示す工程に続いて、埋め込み特性(カバレッジ)の良いプロセス(例えば、LPCVD等)でシリコン酸化膜を成膜する工程を行なう。この工程により、空隙45a内にドレイン側ゲート絶縁層451が形成される。
(Manufacturing Process of Memory String MS according to Fourth Embodiment)
Next, a manufacturing process of the memory string MS according to the fourth embodiment will be described. In the manufacturing process of the memory string MS according to the fourth embodiment, first, the same processes as those in FIGS. 13 to 17 of the third embodiment are performed. Subsequent to the step shown in FIG. 17, a step of forming a silicon oxide film is performed by a process having good embedding characteristics (coverage) (for example, LPCVD). By this step, the drain side gate insulating layer 451 is formed in the gap 45a.

そして、ドレイン側ゲート絶縁層451が形成された後、第3実施形態の図18〜図20と同様の工程を行い、図21Aと同様の不揮発性半導体記憶装置を製造する。   Then, after the drain side gate insulating layer 451 is formed, the same processes as in FIGS. 18 to 20 of the third embodiment are performed, and the non-volatile semiconductor memory device similar to that of FIG. 21A is manufactured.

(第4実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の効果)
上記第4実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置は、空隙35aを有するので、第1実施形態と同様の効果を奏する。
(Effects of Nonvolatile Semiconductor Memory Device According to Fourth Embodiment)
The nonvolatile semiconductor memory device according to the fourth embodiment has the same effect as that of the first embodiment because it has the gap 35a.

また、上記第4実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置は、ドレイン柱状半導体層47と、ドレイン側第1絶縁層41、ドレイン側導電層42、ドレイン側第2絶縁層43との間に空隙45a内にドレイン側ゲート絶縁層451を形成する工程にて製造されたものである。   Further, in the nonvolatile semiconductor memory device according to the fourth embodiment, the gap 45a is provided between the drain columnar semiconductor layer 47 and the drain-side first insulating layer 41, the drain-side conductive layer 42, and the drain-side second insulating layer 43. It is manufactured in the step of forming the drain side gate insulating layer 451 therein.

したがって、ドレイン側ゲート絶縁層451の形成前に、フッ酸処理がなされる。つまり、第4実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置は、ドレイン側柱状半導体層47とメモリ柱状半導体層34とのコンタクトがとれ、ドレイン側ゲート絶縁層451の膜厚を予め設定した所定の厚みで形成することが可能であり、他の製造方法で生じる別材料へのチャージトラップ等の信頼性の低下を抑制することができる。   Therefore, hydrofluoric acid treatment is performed before the drain-side gate insulating layer 451 is formed. That is, in the nonvolatile semiconductor memory device according to the fourth embodiment, the drain side columnar semiconductor layer 47 and the memory columnar semiconductor layer 34 are in contact with each other, and the drain side gate insulating layer 451 has a predetermined thickness set in advance. Therefore, it is possible to suppress a decrease in reliability such as a charge trap to another material caused by another manufacturing method.

以上、不揮発性半導体記憶装置の一実施形態を説明してきたが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更、追加、置換等が可能である。   Although one embodiment of the nonvolatile semiconductor memory device has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications, additions, substitutions, and the like can be made without departing from the spirit of the invention. Is possible.

例えば、上記実施形態では、ドレイン側選択トランジスタ層40Aにおいて、空隙45aを有する構成としたが、ソース側選択トランジスタ層においても、ソース側柱状半導体層26と、ソース側第1絶縁層21、ソース側導電層22、ソース側第2絶縁層23との間に空隙を有する構成としてもよい。   For example, in the above embodiment, the drain-side selection transistor layer 40A has the gap 45a. However, the source-side selection transistor layer also includes the source-side columnar semiconductor layer 26, the source-side first insulating layer 21, and the source-side selection transistor layer 40A. It is good also as a structure which has a space | gap between the conductive layer 22 and the source side 2nd insulating layer 23. FIG.

また、例えば、上記実施形態では、ドレイン側選択トランジスタ層40Bにおいて、空隙45a内にドレイン側ゲート絶縁層451を有する構成としたが、ソース側選択トランジスタ層においても、ソース側柱状半導体層26と、ソース側第1絶縁層21、ソース側導電層22、ソース側第2絶縁層23との間に空隙が形成され、その空隙にソース側ゲート絶縁層を有する構成としてもよい。   Further, for example, in the above embodiment, the drain side select transistor layer 40B has the drain side gate insulating layer 451 in the gap 45a. However, the source side select transistor layer also includes the source side columnar semiconductor layer 26, A gap may be formed between the source-side first insulating layer 21, the source-side conductive layer 22, and the source-side second insulating layer 23, and the source-side gate insulating layer may be provided in the gap.

また、例えば、上記実施形態では、シリコンゲルマニウムにて構成した犠牲層39,51を用いてClF蒸気雰囲気にて選択エッチングを行う構成であったが、シリコン窒化層からなる犠牲層を用いてHot燐酸にてエッチングを行う構成であってもよい。 Further, for example, in the above embodiment, the selective etching is performed in the ClF 3 vapor atmosphere using the sacrificial layers 39 and 51 made of silicon germanium. However, the hot layer is made using the sacrificial layer made of a silicon nitride layer. The structure may be such that etching is performed with phosphoric acid.

本発明の第1実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の構成概略図である。1 is a schematic configuration diagram of a nonvolatile semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のメモリトランジスタ領域12の一部概略斜視図である。1 is a partial schematic perspective view of a memory transistor region 12 of a nonvolatile semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態における一つのメモリストリングスMSの回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram of one memory string MS in the first embodiment of the present invention. 第1実施形態における一つのメモリストリングスMSの断面構造図である。2 is a cross-sectional structure diagram of one memory string MS in the first embodiment. FIG. 第1実施形態に係るメモリストリングスMSの第1の製造工程断面図である。FIG. 6 is a first manufacturing process sectional view of the memory strings MS according to the first embodiment. 第1実施形態に係るメモリストリングスMSの第1の製造工程断面図である。FIG. 6 is a first manufacturing process sectional view of the memory strings MS according to the first embodiment. 第1実施形態に係るメモリストリングスMSの第1の製造工程断面図である。FIG. 6 is a first manufacturing process sectional view of the memory strings MS according to the first embodiment. 第1実施形態に係るメモリストリングスMSの第1の製造工程断面図である。FIG. 6 is a first manufacturing process sectional view of the memory strings MS according to the first embodiment. 第1実施形態に係るメモリストリングスMSの第1の製造工程断面図である。FIG. 6 is a first manufacturing process sectional view of the memory strings MS according to the first embodiment. 第1実施形態に係るメモリストリングスMSの第1の製造工程断面図である。FIG. 6 is a first manufacturing process sectional view of the memory strings MS according to the first embodiment. 第2実施形態における一つのメモリストリングスMSの断面構造図である。It is a cross-section figure of one memory string MS in a 2nd embodiment. 図11Aの拡大図である。FIG. 11B is an enlarged view of FIG. 11A. 第3実施形態における一つのメモリストリングスMSの断面構造図である。It is a cross-section figure of one memory string MS in a 3rd embodiment. 第3実施形態に係るメモリストリングスMSの製造工程断面図である。It is a manufacturing process sectional view of memory strings MS concerning a 3rd embodiment. 第3実施形態に係るメモリストリングスMSの製造工程断面図である。It is a manufacturing process sectional view of memory strings MS concerning a 3rd embodiment. 第3実施形態に係るメモリストリングスMSの製造工程断面図である。It is a manufacturing process sectional view of memory strings MS concerning a 3rd embodiment. 第3実施形態に係るメモリストリングスMSの製造工程断面図である。It is a manufacturing process sectional view of memory strings MS concerning a 3rd embodiment. 第3実施形態に係るメモリストリングスMSの製造工程断面図である。It is a manufacturing process sectional view of memory strings MS concerning a 3rd embodiment. 第3実施形態に係るメモリストリングスMSの製造工程断面図である。It is a manufacturing process sectional view of memory strings MS concerning a 3rd embodiment. 第3実施形態に係るメモリストリングスMSの製造工程断面図である。It is a manufacturing process sectional view of memory strings MS concerning a 3rd embodiment. 第3実施形態に係るメモリストリングスMSの製造工程断面図である。It is a manufacturing process sectional view of memory strings MS concerning a 3rd embodiment. 第4実施形態における一つのメモリストリングスMSの断面構造図である。It is sectional structure drawing of one memory string MS in 4th Embodiment. 図21Aの拡大図である。It is an enlarged view of FIG. 21A.

符号の説明Explanation of symbols

100…不揮発性半導体記憶装置、12…メモリトランジスタ領域、13…ワード線駆動回路、14…ソース側選択ゲート線駆動回路、15…ドレイン側選択ゲート線駆動回路、16…センスアンプ、20…ソース側選択トランジスタ層、30,30A,30B…メモリトランジスタ層、40,40A,40B…ドレイン側選択トランジスタ層、21…ソース側第1絶縁層、22…ソース側導電層、23…ソース側第2絶縁層、24…ソース側ホール、25…ソース側ゲート絶縁層、26…ソース側柱状半導体層、31a〜31e…第1〜第5ワード線間絶縁層、32a〜32d…第1〜第4ワード線導電層、33…メモリホール、34…メモリ柱状半導体層、35…空隙、351…トンネル絶縁層、36…電荷蓄積層、37…ブロック絶縁層、352,452…シーム、39,51…犠牲層、41…ドレイン側第1絶縁層、42…ドレイン側導電層、43…ドレイン側第2絶縁層、44…分離絶縁層、45…ドレイン側ホール、45a…空隙、46,451…ドレイン側ゲート絶縁層、47…ドレイン側柱状半導体層、48…封止絶縁層、49…プラグ導電層、50…ビット線導電層、Ba…半導体基板、CLmn…柱状半導体、MTr1〜MTr4…メモリトランジスタ、SSTrmn…ソース側選択トランジスタ、SDTrmn…ドレイン側選択トランジスタ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Nonvolatile semiconductor memory device, 12 ... Memory transistor area | region, 13 ... Word line drive circuit, 14 ... Source side selection gate line drive circuit, 15 ... Drain side selection gate line drive circuit, 16 ... Sense amplifier, 20 ... Source side Select transistor layer, 30, 30A, 30B ... Memory transistor layer, 40, 40A, 40B ... Drain side select transistor layer, 21 ... Source side first insulating layer, 22 ... Source side conductive layer, 23 ... Source side second insulating layer 24 ... source side hole, 25 ... source side gate insulating layer, 26 ... source side columnar semiconductor layer, 31a to 31e ... first to fifth inter-word line insulating layers, 32a to 32d ... first to fourth word line conductive. Layer, 33 ... memory hole, 34 ... memory columnar semiconductor layer, 35 ... gap, 351 ... tunnel insulating layer, 36 ... charge storage layer, 37 ... block insulation , 352, 452 ... seam, 39, 51 ... sacrificial layer, 41 ... drain side first insulating layer, 42 ... drain side conductive layer, 43 ... drain side second insulating layer, 44 ... isolation insulating layer, 45 ... drain side hole. 45a ... void, 46, 451 ... drain side gate insulating layer, 47 ... drain side columnar semiconductor layer, 48 ... sealing insulating layer, 49 ... plug conductive layer, 50 ... bit line conductive layer, Ba ... semiconductor substrate, CLmn ... Columnar semiconductors, MTr1-MTr4 ... memory transistors, SSTrmn ... source side selection transistors, SDTrmn ... drain side selection transistors.

Claims (5)

電気的に書き換え可能な複数のメモリセルが直列に接続された複数のメモリストリングスを有する不揮発性半導体記憶装置であって、
前記メモリストリングスは、
基板に対して垂直方向に延びる第1の柱状半導体層と、
当該第1の柱状半導体層から空隙を介して形成され且つ電荷を蓄積する電荷蓄積層と、
当該電荷蓄積層に接するブロック絶縁層と、
当該ブロック絶縁層と接する複数の第1の導電層と
を備える
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
A non-volatile semiconductor memory device having a plurality of memory strings in which a plurality of electrically rewritable memory cells are connected in series,
The memory strings are
A first columnar semiconductor layer extending in a direction perpendicular to the substrate;
A charge storage layer that is formed from the first columnar semiconductor layer via a gap and stores charge;
A block insulating layer in contact with the charge storage layer;
A non-volatile semiconductor memory device comprising: a plurality of first conductive layers in contact with the block insulating layer.
前記メモリストリングスへ電流を導通させるか否かを制御する選択ゲートトランジスタを備え、
当該選択ゲートトランジスタは、
前記メモリ柱状半導体の上面、或いは下面に接して形成された前記基板に対して垂直方向に延びる第2の柱状半導体層と、
当該第2の柱状半導体層から空隙を介して形成された第2の導電層と
を備える
ことを特徴とする請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置。
A select gate transistor for controlling whether or not to conduct current to the memory string;
The selection gate transistor is
A second columnar semiconductor layer extending in a direction perpendicular to the substrate formed in contact with the upper surface or the lower surface of the memory columnar semiconductor;
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, further comprising: a second conductive layer formed from the second columnar semiconductor layer through a gap.
電気的に書き換え可能な複数のメモリセルが直列に接続された複数のメモリストリングスを有する不揮発性半導体記憶装置であって、
前記メモリストリングスは、
基板に対して垂直方向に延びる第1の柱状半導体層と、
当該第1の柱状半導体層に接するトンネル絶縁層と、
当該トンネル絶縁層に接し且つ電荷を蓄積する電荷蓄積層と、
当該電荷蓄積層に接するブロック絶縁層と、
当該ブロック絶縁層と接する複数の第1の導電層と
を備え、
前記トンネル絶縁層は、空隙又はシームを有する
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
A non-volatile semiconductor memory device having a plurality of memory strings in which a plurality of electrically rewritable memory cells are connected in series,
The memory strings are
A first columnar semiconductor layer extending in a direction perpendicular to the substrate;
A tunnel insulating layer in contact with the first columnar semiconductor layer;
A charge storage layer in contact with the tunnel insulating layer and storing charges;
A block insulating layer in contact with the charge storage layer;
A plurality of first conductive layers in contact with the block insulating layer,
The tunnel insulating layer has an air gap or a seam.
電気的に書き換え可能な複数のメモリセルが直列に接続された複数のメモリストリングスを有する不揮発性半導体記憶装置の製造方法であって、
層間絶縁層と導電体層とを交互に積層する工程と、
前記層間絶縁層と導電体層とを貫通させてホールを形成する工程と、
前記ホールの側面から順次、第1絶縁層、電荷蓄積層、犠牲層、及び柱状半導体層を形成する工程と、
前記犠牲層を除去して前記柱状半導体層と前記電荷蓄積層との間に空隙を形成する工程と
を備えることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
A method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device having a plurality of memory strings in which a plurality of electrically rewritable memory cells are connected in series,
Alternately laminating interlayer insulating layers and conductor layers;
Forming a hole through the interlayer insulating layer and the conductor layer; and
Forming a first insulating layer, a charge storage layer, a sacrificial layer, and a columnar semiconductor layer sequentially from the side surface of the hole;
Removing the sacrificial layer and forming a gap between the columnar semiconductor layer and the charge storage layer. A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, comprising:
前記空隙内に第2絶縁層を形成する工程
を備えることを特徴とする請求項4記載の不揮発性半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a nonvolatile semiconductor device according to claim 4, further comprising: forming a second insulating layer in the gap.
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